JP2018519770A - Acoustic bandpass filter and acoustic sensing device - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、音響バンドパスフィルタ及び音響感知装置を開示する。【解決手段】前記音響バンドパスフィルタは、少なくとも２つのＭＥＭＳマイクロフォンチップ及びＡＳＩＣチップを含み、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップの出力信号は結合された後、ＡＳＩＣチップ内で処理される。【選択図】図1The present invention discloses an acoustic bandpass filter and an acoustic sensing device. The acoustic bandpass filter includes at least two MEMS microphone chips and an ASIC chip, and output signals of the MEMS microphone chip are combined and then processed in the ASIC chip. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ＭＥＭＳマイクロフォン技術に関し、より具体的には、音響バンドパスフィルタ及び音響感知装置に関する。 The present invention relates to MEMS microphone technology, and more specifically to an acoustic bandpass filter and an acoustic sensing device.
従来技術において、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）マイクロフォンはＭＥＭＳ技術に基づいて製造されたマイクロフォンである。一般的に、ＭＥＭＳマイクロフォンは、ＭＥＭＳマイクロフォンチップ及び集積回路（ＡＳＩＣ）を含み、受信した音波を音声電気信号に変換するのに用いられる。典型的に、ＭＥＭＳマイクロフォンチップは高周波側に共振周波数を有する。該共振周波数は、フロントチャンバー（又はバックチャンバー）からなるヘルムホルツ共鳴器、振動膜の共振周波数等の要素により決定される。一般的に、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップは狭い共振周波数帯域幅を有する。また、製造許容のため、前記共振周波数は確定できない。そのため、従来技術において、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップを、直接ある周波数の音声を検出するのに使用しない。 In the prior art, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) microphone is a microphone manufactured based on MEMS technology. In general, a MEMS microphone includes a MEMS microphone chip and an integrated circuit (ASIC) and is used to convert received sound waves into audio electrical signals. Typically, MEMS microphone chips have a resonant frequency on the high frequency side. The resonance frequency is determined by factors such as a Helmholtz resonator including a front chamber (or a back chamber), a resonance frequency of the vibration film, and the like. Generally, the MEMS microphone chip has a narrow resonant frequency bandwidth. In addition, the resonance frequency cannot be determined due to manufacturing tolerance. Therefore, in the prior art, the MEMS microphone chip is not directly used to detect sound at a certain frequency.
従来技術では、ＡＳＩＣ内にフィルタを設置することにより、音声電気信号をフィルタリングする。ところが、電子部材を別途設置する必要があるため、マイクロフォンの信号対雑音比は劣化する。また、これらの別途設置する電子部材も、新たに製品複雑度を発生させる。例えば、オンチップキャパシタ、オンチップ抵抗器等を製造しなければならない。 In the prior art, a voice electric signal is filtered by installing a filter in the ASIC. However, since it is necessary to install an electronic member separately, the signal-to-noise ratio of the microphone deteriorates. In addition, these separately installed electronic members also generate new product complexity. For example, on-chip capacitors, on-chip resistors, etc. must be manufactured.
本発明の１つの目的は、音響バンドパスフィルタに用いられる新しい技術的解決手段を提供することである。 One object of the present invention is to provide a new technical solution for use in acoustic bandpass filters.
本発明の実施例によれば、少なくとも２つのＭＥＭＳマイクロフォンチップ及びＡＳＩＣチップを含む音響バンドパスフィルタを提供し、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップの出力信号は結合された後、ＡＳＩＣチップ内で処理される。 According to an embodiment of the present invention, an acoustic bandpass filter including at least two MEMS microphone chips and an ASIC chip is provided, and the output signals of the MEMS microphone chip are combined and then processed in the ASIC chip.
好ましくは、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップのそれぞれは、基板の音響穴に取り付けられる。 Preferably, each of the MEMS microphone chips is attached to an acoustic hole in the substrate.
好ましくは、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップのバックチャンバーを形成するための金属ケーシングをさらに含み、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップは前記バックチャンバーにより音響的に結合される。 Preferably, it further includes a metal casing for forming a back chamber of the MEMS microphone chip, and the MEMS microphone chip is acoustically coupled by the back chamber.
好ましくは、前記フィルタは、基板をさらに含み、前記金属ケーシングは前記基板とともに密閉したバックチャンバーを形成する。 Preferably, the filter further includes a substrate, and the metal casing forms a sealed back chamber together with the substrate.
好ましくは、前記出力信号は直列接続の方式により結合される。 Preferably, the output signals are combined in a serial connection manner.
好ましくは、各ＭＥＭＳマイクロフォンチップの共振周波数は、ＭＥＭＳマイクロフォンチップの振動膜の共振周波数、フロントチャンバーサイズ及び音響開口サイズの少なくとも１つを設定することによって調整される。 Preferably, the resonance frequency of each MEMS microphone chip is adjusted by setting at least one of the resonance frequency of the diaphragm of the MEMS microphone chip, the front chamber size, and the acoustic aperture size.
本発明の実施例によれば、本発明にかかる音響バンドパスフィルタを含み、音波を感知するための音響感知装置を提供する。 According to an embodiment of the present invention, there is provided an acoustic sensing device for sensing a sound wave including the acoustic bandpass filter according to the present invention.
好ましくは、前記音波は超音波を含む。好ましくは、前記音響感知装置はマイクロフォンである。 Preferably, the sound wave includes an ultrasonic wave. Preferably, the acoustic sensing device is a microphone.
また、当業者であれば、従来技術に多くの問題が存在するが、本発明の各実施例又は請求項の技術的解決手段は、１つ又は複数の問題点のみを改善し、従来技術又は背景技術に挙げられた全ての技術的問題を同時に解決する必要がないことを理解すべきである。当業者であれば、１つの請求項に言及されていない内容を該請求項を制限するものとしてはならないことを理解すべきである。 Further, those skilled in the art have many problems in the prior art, but the technical solutions in each embodiment of the present invention or the claims improve only one or more of the problems, It should be understood that it is not necessary to solve all the technical problems listed in the background art simultaneously. It should be understood by those skilled in the art that any content not recited in a claim should not be construed as limiting the claim.
以下、本発明のその他の特徴及びその利点が明瞭であるように、図面を参照して本発明の例示的な実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings so that other features and advantages of the present invention are clear.
添付の図面は明細書に合わせられ明細書の一部となり、本発明の実施例を示し、その説明とともに本発明の原理を解釈するのに用いられる。
以下、図面を参照して本発明の様々な例示的な実施例を詳細に説明する。注意すべきことは、別途具体的な説明がない限り、こられの実施例に記載の部品とステップの相対位置、数式及び数値は本発明の範囲を制限するものではない。以下、少なくとも１つの例示的な実施例に対する説明は実質的に解釈的なものに過ぎず、本発明及びその応用又は使用を制限するものではない。 Hereinafter, various exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the relative positions, mathematical expressions and numerical values of the parts and steps described in these examples do not limit the scope of the present invention unless otherwise specifically described. In the following, the description of the at least one exemplary embodiment is merely illustrative and is not intended to limit the invention and its application or use.
かかる分野における一般技術者の公知する技術、方法及び装置に対する詳細な説明は省略されるかも知れないが、適切な場合、前記技術、方法及び装置は明細書の一部と見なされるべきである。 Detailed descriptions of techniques, methods, and apparatus known to those skilled in the art may be omitted, but where appropriate, the techniques, methods, and apparatus should be considered part of the specification.
ここで例示し検討される全ての実例において、いかなる具体的な数値は例示的なものに過ぎず、制限するためのものではないと解釈されるべきである。そのため、例示的な実施例のその他の実例は異なる数値を有することができる。注意すべきことは、類似する符号とアルファベットは以下の図面において類似する項目を表示するため、ある項目が１つの図面に定義された場合、後の図面においてはさらに検討する必要がない。以下、図面を参照して本発明の実施例と実例を説明する。 In all instances illustrated and discussed herein, any specific numerical value is to be construed as illustrative only and not limiting. As such, other instances of the exemplary embodiments can have different numbers. It should be noted that similar symbols and alphabets indicate similar items in the following drawings, so that if an item is defined in one drawing, there is no need for further consideration in subsequent drawings. Embodiments and examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明の実施例による音響バンドパスフィルタを示す図である。図１に示すように、該音響バンドパスフィルタは、２つのＭＥＭＳマイクロフォンチップ１０３、１０４及びＡＳＩＣチップ１０５を含む。当業者であれば、ＭＥＭＳマイクロフォンチップの数は２つに限定されず、２つより多くてもよいことを理解すべきである。 FIG. 1 is a diagram illustrating an acoustic bandpass filter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the acoustic bandpass filter includes two MEMS microphone chips 103 and 104 and an ASIC chip 105. One skilled in the art should understand that the number of MEMS microphone chips is not limited to two and may be more than two.
前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップ１０３、１０４の出力信号は、リード線１０６を介してＡＳＩＣチップ１０５に結合（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）される。前記出力信号は、先にリード線１０６を介して結合され、その後ＡＳＩＣチップ１０５に入力されてもよく、又は、ＡＳＩＣチップ内で結合されてもよい。当業者であれば、前記ＡＳＩＣチップは、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップから分離されてもよく、又は、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップに内蔵されてもよい。結合された出力信号はＡＳＩＣチップ内で処理される。例えば、処理された信号をその他の電子機器、例えば、携帯電話、測位装置のその他の部材等に出力する。 The output signals of the MEMS microphone chips 103 and 104 are coupled to the ASIC chip 105 via the lead wire 106. The output signal may be coupled first via lead 106 and then input to ASIC chip 105, or may be coupled within the ASIC chip. A person skilled in the art may separate the ASIC chip from the MEMS microphone chip or may be embedded in the MEMS microphone chip. The combined output signal is processed in the ASIC chip. For example, the processed signal is output to other electronic devices such as a mobile phone and other members of a positioning device.
一実例において、前記出力信号は直列接続の方式により結合され、音響バンドパスフィルタの信号対雑音比を向上させる。 In one example, the output signals are combined in a serial connection manner to improve the signal to noise ratio of the acoustic bandpass filter.
２つのＭＥＭＳマイクロフォンチップの出力を結合することによって、マイクロフォンチップの共振帯域幅を増加させることができる。例えば、図２において、点線２０２は第１マイクロフォンチップの出力曲線を示し、点線２０３は第２マイクロフォンチップの出力曲線を示す。実線２０１は２つの出力曲線の組み合わせを示す。実線２０１の最上部には通過帯域が形成されている。 By combining the outputs of the two MEMS microphone chips, the resonance bandwidth of the microphone chip can be increased. For example, in FIG. 2, a dotted line 202 indicates the output curve of the first microphone chip, and a dotted line 203 indicates the output curve of the second microphone chip. A solid line 201 indicates a combination of two output curves. A pass band is formed at the top of the solid line 201.
図３では、例示的に３つのＭＥＭＳマイクロフォンチップを組み合わせた曲線を示している。点線３０２は第１マイクロフォンチップの出力曲線を示し、点線３０３は第２マイクロフォンチップの出力曲線を示し、点線３０４は第２マイクロフォンチップの出力曲線を示す。実線３０１は２つの出力曲線の組み合わせを示す。実線３０１の最上部には広い通過帯域が形成されている。 FIG. 3 exemplarily shows a curve obtained by combining three MEMS microphone chips. A dotted line 302 indicates an output curve of the first microphone chip, a dotted line 303 indicates an output curve of the second microphone chip, and a dotted line 304 indicates an output curve of the second microphone chip. A solid line 301 indicates a combination of two output curves. A wide pass band is formed at the top of the solid line 301.
図２と図３における横座標は周波数を示し、縦座標は感度を示す。図２と図３に示された曲線は例示的なものに過ぎず、実際の曲線形状を代表せず、前記曲線から実際値を読み取ることができない。 2 and 3, the abscissa indicates the frequency, and the ordinate indicates the sensitivity. The curves shown in FIGS. 2 and 3 are merely exemplary, do not represent actual curve shapes, and actual values cannot be read from the curves.
一方、前記通過帯域により音波入力のフィルタリングを実現することができる。他方、このような音響バンドパスフィルタは高周波数で優れた特性を有するため、このような音響バンドパスフィルタにより形成されたマイクロフォンは、高周波部において優れた音声特性を有することができる。 On the other hand, the filtering of the sound wave input can be realized by the pass band. On the other hand, since such an acoustic bandpass filter has excellent characteristics at a high frequency, a microphone formed by such an acoustic bandpass filter can have excellent audio characteristics in a high frequency part.
好ましくは、図１に示すように、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップ１０３、１０４のそれぞれは、例えば、ＰＣＢなどの基板１０１に取り付けられている。前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップの開口は基板１０１の音響穴１０７、１０８に対応する。 Preferably, as shown in FIG. 1, each of the MEMS microphone chips 103 and 104 is attached to a substrate 101 such as a PCB, for example. The opening of the MEMS microphone chip corresponds to the acoustic holes 107 and 108 of the substrate 101.
好ましくは、図１において、音響バンドパスフィルタは、前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップのバックチャンバーを形成するための金属ケーシング１０２をさらに含む。前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップ１０３、１０４は、前記バックチャンバーを介して音響結合される。例えば、前記金属ケーシング１０２は前記基板１０１とともに密閉したバックチャンバーを形成する。 Preferably, in FIG. 1, the acoustic bandpass filter further includes a metal casing 102 for forming a back chamber of the MEMS microphone chip. The MEMS microphone chips 103 and 104 are acoustically coupled via the back chamber. For example, the metal casing 102 forms a sealed back chamber together with the substrate 101.
このような音響結合により、音響バンドパスフィルタの感度及び／又は信号対雑音比をさらに向上させることができる。 Such acoustic coupling can further improve the sensitivity and / or signal-to-noise ratio of the acoustic bandpass filter.
例えば、ＭＥＭＳマイクロフォンチップの振動膜の共振周波数、フロントチャンバーサイズ及び音響開口サイズの少なくとも１つを設定することによって各ＭＥＭＳマイクロフォンチップの共振周波数を調整することができる。 For example, the resonance frequency of each MEMS microphone chip can be adjusted by setting at least one of the resonance frequency of the diaphragm of the MEMS microphone chip, the front chamber size, and the acoustic aperture size.
図４は本発明の一実施例による音響感知装置４０１を模式的に示す図である。該音響感知装置４０１は、本発明による音波を感知するための音響バンドパスフィルタ４０２を含む。音響バンドパスフィルタ４０２は、例えば、図１に示された音響バンドパスフィルタである。 FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an acoustic sensing device 401 according to an embodiment of the present invention. The acoustic sensing device 401 includes an acoustic bandpass filter 402 for sensing sound waves according to the present invention. The acoustic bandpass filter 402 is, for example, the acoustic bandpass filter shown in FIG.
一実例において、このような音響感知装置を用いて超音波を検出することができる。例えば、超音波を検出することにより物体の位置を測位する。 In one example, such an acoustic sensing device can be used to detect ultrasound. For example, the position of the object is determined by detecting ultrasonic waves.
別の例において、このような音響感知装置をマイクロフォンとして用いることができる。本発明の音響バンドパスフィルタはＭＥＭＳマイクロフォンチップの高周波部を強化することができるため、このようなマイクロフォンは優れた高周波特性を有する。 In another example, such an acoustic sensing device can be used as a microphone. Since the acoustic bandpass filter of the present invention can reinforce the high frequency part of the MEMS microphone chip, such a microphone has excellent high frequency characteristics.
既に実例を通じて本発明の幾つかの特定の実施例を詳細に説明したが、当業者であれば、以上の実例は説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するためのものではないことを理解すべきである。当業者であれば、本発明の範囲と趣旨を逸脱しない限り、上記実施例を修正することができることを理解すべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により制限される。
Although several specific embodiments of the present invention have already been described in detail through examples, those skilled in the art will only be able to illustrate the above examples and are not intended to limit the scope of the present invention. It should be understood that there is no. It should be understood by those skilled in the art that the above embodiments can be modified without departing from the scope and spirit of the present invention. The scope of the invention is limited by the appended claims.
Claims (9)
ＡＳＩＣチップと、を含み、
前記ＭＥＭＳマイクロフォンチップの出力信号は結合された後、ＡＳＩＣチップで処理される、
ことを特徴とする音響バンドパスフィルタ。 At least two MEMS microphone chips;
An ASIC chip,
The output signal of the MEMS microphone chip is combined and then processed by the ASIC chip.
An acoustic bandpass filter characterized by that.
The sound sensing device according to claim 7, wherein the sound sensing device is a microphone.
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